Тушкины потроха. Часть 13 — определяем птичку по хвосту...

8,4K прочитали

Оглавление цикла «Тушкины потроха»

Первая часть

Предыдущая часть

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!

И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154! Да, я знаю, что по нормам ICAO тяжёлым считается пепелац тяжелее 136 тонн, но мне кажется, что 104 тонны максимальной взлётной массы и больше полувека работы в небе дают этой машине право на исключительность.

В предыдущих частях рассмотрены передняя и средняя части фюзеляжа, крыло и вроде бы логично дальше рассмотреть хвостовую часть — но я сперва расскажу о двигателях, ибо хвост строится вокруг них, многие системы тоже растут из них. Это и система переменного тока, и гидросистема, и кондиционирование, а топливная система двигателями кончается.

Помимо трёх маршевых двигателей у Ту-154 есть вспомогательная силовая установка — ВСУ, её маленькое круглое сопло можно видеть на первом снимке — над хищным вырезом под сопло второго двигателя. Это два признака Ту-154Б. На боковом двигателе второго самолёта виден третий — два чёрных квадрата, сверху и снизу, это решётки реверса тяги. А теперь для сравнения — хвосты Ту-154М и Ту-154Б:

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!-2

Сразу бросаются в глаза ковши реверса бокового двигателя и одиночество сопла среднего — ВСУ на Ту-154М установлена не над двигателем, а перед ним, поперёк фюзеляжа. Сами двигатели Д-30КУ-154 тяжелее, мощнее и экономичнее, чем стоящие на предыдущих модификациях НК-8-2У, но проигрывают в надёжности и приёмистости — способности быстро набрать тягу.

Теперь — НК-8-2У в чистом виде, спроектирован в Куйбышеве (Самаре) в КБ Кузнецова и выпущен в Казани:

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!-3

Воздухозаборник и сопло закрыты — от птичек, любят эти крылатые рептилии вить в укромных местах гнёзда, кусками которых потом бьёт и гнёт лопатки... Что такое газотурбинный двигатель — можно почитать за рамками этой статьи, я же сразу перейду к делу. НК-8 и Д-30КУ — двигатели двухвальные, то есть часть дисков компрессора и турбины сидит на одном валу, часть сидит на другом, и один вал проходит внутри другого — как валы часовой и минутной стрелок в часах.

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!-4

Последние ступени компрессора и первые ступени турбины называются каскадом высокого давления и сидят на внешнем валу (валу-бочке), а первые ступени компрессора, приводимые от последних ступеней турбины, сидят на внутреннем длинном валу. Между валами никакой механической связи — только газодинамическая. Но число дисков (ступеней) у НК-8 и Д-30КУ разное. А вот и сам «дэ тридцатый», проект пермского КБ Соловьёва и производство Рыбинского завода:

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!-5

На фото попал двигатель без реверса, с выхлопной трубой (она так и называется по руководству) — такой на Ту-154 ставится в роли среднего, реверс есть лишь у боковых двигателей. Версии с реверсом и без реверса есть и у НК-8, и у Д-30КУ. А ещё есть версия Д-30КП с поперечно установленным реверсом и несколько повышенной мощностью — она ставится на Ил-76.

И нельзя не вспомнить просто Д-30 — это маленький двигатель, стоящий на маленькой же тушке (Ту-134). Несмотря на название, это совершенно иной по характеристкам двигатель, нежели Д-30КУ и КП. Почему тогда такая путаница? Просто Д-30КУ создавался как масштабированный, увеличенный Д-30, он схож и схемой, и конструкцией узлов. Но тем же путём на базе Д-20 создавался сам Д-30, а, скажем, на базе Д-36 — руслановский Д-18Т, а путаница с названиями только у Д-30...

А теперь подробно. Вот разрез передней части НК-8 — от воздухозаборника до средней опоры:

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!-6

Эта часть называется компрессором низкого давления (КНД), приводится он через «внутренний» (длинный) вал от последних ступеней турбины. На входе в двигатель стоит ряд неподвижных лопаток — входной направляющий аппарат, ВНА, он имеет воздушный обогрев для защиты от обледенения, а ещё в центре ВНА находится передняя опора КНД — подшипник с масляным насосом и датчиком оборотов. Они закрыты обтекателем (коком).

Первые две ступени компрессора называются вентилятором, они работают на оба контура — и внутренний горячий, где воздух участвует в горении, и внешний, воздух из которого просто создаёт дополнительную тягу. Хорошо видно, что перед 3-й ступенью воздух разделяется. Ступени 3 и 3а называются подпорными. Обороты КНД на взлётном режиме — около 5400 в минуту. На малом газе на земле — около 2000 об/мин, в полёте, конечно, больше из-за авторотации (подкрутки скоростным напором).

Неподвижые (статорные) лопатки служат для направления потока на роторные под нужным углом, чтобы не было срыва потока (помпажа) и обеспечивался высокий КПД. Направляющий аппарат есть у каждой ступени — перед каждым диском ротора, кроме того, после 2-й ступени стоит статорная ступень 2а — она спрямляет поток перед разделением.

Экспериментальное колесо первой ступени вентилятора, потому и лопатки пронумерованы, и контрольных проводов целый жгут
Экспериментальное колесо первой ступени вентилятора, потому и лопатки пронумерованы, и контрольных проводов целый жгут

Боковые «рога» на лопатках вентилятора, которыми лопатки соприкасаются друг с другом, образуя как бы кольцо, называются бандажными полками, а хорошо различимое кольцо из полок — антивибрационным бандажом. Зачем он — догадаться несложно, так предотвращается вибрация длинных и тонких лопаток.

В передней опоре установлен маслооткачивающий насос, а сам кок обогревается тем же воздухом, что и ВНА
В передней опоре установлен маслооткачивающий насос, а сам кок обогревается тем же воздухом, что и ВНА

На среднюю опору в разрезе можно посмотреть и в двигателе НК-144, благо они с НК-8 конструктивно очень похожи. НК-144 ставился на Ту-144:

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!-9

И кок, и ВНА, и большинство узлов родство двигателей выдают сразу:

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!-10

Но 144-й длиннее за счёт пары дополнительных ступеней КНД и за счёт форсажной камеры. Впрочем, она почти пустая.

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!-11

КНД тут не по схеме 2 + 2, как у НК-8, а 3 + 3, более мощный. В средней опоре находятся задний подшипник КНД, передний подшипник КВД и коническая передача. Вал от неё привод подвешенную к средней опоре коробку приводов:

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!-12

От КНД на НК-144 приводится кое-какая автоматика, у НК-8 тоже «кое-какая» — всего лишь коробка ограничителя оборотов ОГ-8-4. Она при раскрутке КНД выше оборотов 101 % (~5450 об/мин) даёт команду на снижение подачи топлива. А вот от КВД приводятся генератор, несколько насосов, плюс через этот привод сам КВД раскручивается стартёром на запуске:

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!-13

За средней опорой что у НК-8, что у НК-144 находится 6-ступенчатый компрессор высокого давления — КВД. Вернёмся к НК-8:

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!-14

Обороты ротора высокого давления (турбины с компрессором) на взлётном режиме у земли — около 7000 в минуту. На большой высоте обороты несколько меньше, поскольку там воздух очень разрежён, вентилятор впустую молотит лопатками, особо не встречая сопротивления, начинает работать ОГ-8-4, срезая подачу топлива, а это отражается в первую очередь на оборотах КВД — он более нагружен на больших высотах, чем КНД.

От ресивера отбора наружу двигателя выведены несколько патрубков — с помощью него сжатый воздух от последней ступени компрессора направляется на вспомогательные нужды: обогрев, кондиционирование, привод постоянных оборотов генератора.

Кроме того, на 7-й ступени КВД установлены клапаны перепуска воздуха (КПВ) — они открыты на низких оборотах и сбрасывают давление, чтобы предотвратить перегрузку компрессора и тем самым срыв потока с лопаток (помпаж). Разделение компрессора надвое сделано с той же целью, а перед КВД ещё есть регулируемый направляющий аппарат — РНА:

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!-15

Его лопатки поворачиваются как жалюзи, поворачиваются все синхронно от ведущего кольца. При запуске и малых режимах работы двигателя, когда обороты КНД ниже 43 %, РНА находится в пусковом положении — лопатки прикрыты, это даёт нужный угол натекания потока на роторные лопатки 5-й ступени и не даёт компрессору «подавиться» воздухом, который он не в состоянии сжать (уйти в помпаж). При повышении режима РНА открывается, не мешая проходу воздуха в КВД.

РУД второго двигателя стоит выше малого газа, РНА уже открылся и погасло жёлтое табло «РНА прикрыт», так как обороты КНД выше 43 % (всё отмечено стрелками)
РУД второго двигателя стоит выше малого газа, РНА уже открылся и погасло жёлтое табло «РНА прикрыт», так как обороты КНД выше 43 % (всё отмечено стрелками)

Клапаны перепуска — пружинные лепестковые, тоже открываются поворотом ведущего кольца, всего их по кругу 18:

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!-17

Ведущее кольцо РНА поворачивается от агрегата управления АУ-8 — это довольно сложный пневмоавтомат, сравнивающий давления на компрессоре, а ведущее кольцо КПВ приводит АУП-8 — тупо гидроцилиндр, срабатывающий при подаче командного давления топлива от главного топливного насоса-регулятора (НР). В обоих агрегатах стоят микровыключатели, от которых загораются сигнальные табло в кабине — «Клапаны перепуск» при открытых КПВ и «РНА прикрыт».

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!-18

НК-8 — двигатель осевой разборки, собирается как шашлык. Рабочие кольца статора друг к другу крепятся болтами, в них сидят лопатки, со стороны центра лопатки приклёпаны к лабиринтным кольцам. Надвое, как колодка гильотины, статор не разнимается, хотя есть и такие двигатели.

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!-19

В дисках ротора лопатки сидят за счёт замков «ласточкин хвост», не вылетают за счёт зажатия между промежуточными кольцами. Лабиринтные кольца статора вместе с лабиринтами на промежуточных кольцах ротора образуют уплотнения, уменьшающие перетекание сжатого воздуха по валу. А чтобы воздух меньше перетекал снаружи, поверх роторных лопаток — на рабочие кольца изнутри нанесено композиционное легкосрабатываемое покрытие.

Патрубки отбора и вывод вала привода КПВ
Патрубки отбора и вывод вала привода КПВ

Лопатки сами «выкапывают» его на нужную глубину, когда максимально вытягиваются центробежными силами на взлётном режиме. Прямой контакт титана, из которого сделан компрессор, на таких оборотах опасен — если лопатка треснет или вытянется больше положенного, то от трения титан в атмосфере сжатого воздуха (сродни атмосфере чистого кислорода) загорается как бенгальский огонь. Двигатель как термитная шашка сгорает изнутри и сжигает окружающие части самолёта, это называется титановым пожаром и из-за этого гибли многие типы самолётов.

Сперва на двигателях стояла система тушения пожара внутри двигателя, но потушить двумя баллонами фреона титан невозможно, поэтому впоследствии система снята, на приборной доске бортинженера Ту-154Б остались заклёпанные окна от трёх кнопок тушения пожара в двигателях — в одном ряду с четырьмя кнопками тушения пожара в гондолах двигателей и ВСУ.

Оглавление цикла «Тушкины потроха» Первая часть Предыдущая часть И вновь на Дзене самый массовый тяжёлый самолёт СССР — Ту-154!-21

А титановый КВД при ремонте НК-8 заменяется стальным, двигатель получает индекс НК-8-2УР-2. Сейчас в роли второго (среднего) двигателя можно ставить только УР-2 — ибо пожар второго наиболее опасен. Если при пожаре бокового двигателя есть шанс, что отвалится только он, то при титановом пожаре среднего самолёт неминуемо погибнет. КНД не заменяется — там нет достаточного давления воздуха для начала горения.

После КВД воздух попадает в камеру сгорания, но, думаю, перед рассмотрением камеры сгорания и турбины лучше для сравнения изучить компрессор пермских моторов — они стоят на Ту-154М. О них и будет следующая статья.

Оглавление цикла «Тушкины потроха»

Другой цикл канала — «ТЭД — труженик электродвигатель»